Nanomateriaalit ympärillämme uhkana terveydelle ja ympäristölle? Jyväskylän yliopiston ikääntyvien yliopiston Studia Generalia, Jyväskylän yliopiston päärakennus, juhlasali C1; Jyväskylä, 8.11.2017 Kai Savolainen, LKT, tutkimusprofessori
(Hyvin) Pieniä Nanohiukkaset Perinteiset pölyhiukkaset 0.01 0.1 1 10 µm 10 100 1000 10 000 nm
Nanotekniikka ja turvallisuus numeroina Nanohiukkaset ovat pieniä: Jos pallomaisen nanohiukkasen halkaisija on noin 10 nm, yhteen punasoluun mahtuu noin miljardi tällaista hiukkasta. Jos hiukkasen yksi ulottuvuus on 1-100 nm, kyse on nanohiukkasesta. Nanoteollisuuden parissa työskentelee maailmanlaajuisesti 1-2 miljoonaa työntekijää, arviolta lähes 6 miljoonaa vuonna 2020; Suomessa nyt > 20,0000 Suomessa alan liikevaihto vuonna 2011 oli 300 400 miljoonaa. Suomessa vv. 2006 2010 nanoteknologian tutkimukseen 130 milj., nanohiukkasten terveysvaikutusten tutkimukseen noin 1 miljoona ; sen jälkeen ei uutta tutkimusohjelmaa tai juurikaan Uutta rahoitusta
Nanomittakaava: nanomateriaaleja alkaa olla kaikissa tuotteissa 15.11. 2017 Työterveyslaitos Kai Savolainen www.ttl.fi 4
NRC 2012: A Research Strategy for Environmental, Health, and Safety Aspects of Engineered Nanomaterials
Nanotuotteiden markkinat kasvavat nopeasti lähivuosina Yhdysvalloissa, Euroopassa ja muualla (Lux Research) käyttö on lisääntynyt. President s Council of Advisors on Science and Technology, October 2014: National Nanotechnology Initiative - 5th Assessment 6
Nanoturvallisuuden tutkimus EU:ssa ja muualla EU on rahoittanut nanoturvallisuuden tutkimusta noin 200 milj. eurolla 2008-2014, 30 miljoonalla/v Yhdysvaltojen rahoitus 90 milj /v Kiina suurimpia rahoittajia, nanotieteiden ja nanoturvallisuuden suurvalta Myös EU:n jäsenmaat (Hollanti, Tanska, Itävalta, Saksa, Ranska, Italia, Espanja, Britannia) rahoittavat nanotutkimusta merkittävästi, yli 100 milj. /v Nanoturvallisuuden globaali vuosittainen rahoitus muutama sata miljoonaa, nanotieteisiin 15 miljardia euroa (materiaali-, fysikaalinen ja kemiallinen tutkimus, sovellukset)
Vuodesta 2011 Yhdysvallat, Euroopan Unioni ja Kiina tuottaneet vuosittain eniten nanotekniikkaan liittyviä tieteellisiä artikkeleita; Kiinan johtoasema on viime aikoina korostunut sekä määrässä että laadussa. President s Council of Advisors on Science and Technology, October 2014: National Nanotechnology Initiative - 5th Assessment 15.11. 2017 FIOH Kai Savolainen www.ttl.fi 8
Nano- tai ultrapieniä hiukkasia on ollut miljardeja vuosia, synteettisiä teollisia nanohiukkasia vasta 15 vuotta (hiilimusta tosin jo 1970-luvulla) Monet luonnonilmiöt ovat tuottaneet ilmakehään nanohiukkasia jo satojen tai miljardien vuosien ajan tulivuoren purkaukset hiilen palaminen (esim. metsäpalot) Ihmisen toiminta on valtavasti lisännyt ihmisten altistumista nanohiukkasille, koska moderniin yhteiskuntaan liittyy energia ja koska energian tuotantoon liittyy usein poltto, joka aina tuottaa nanohiukkasia liikenne Myös teollisuuskatastrofit ja terroriteot voivat lisätä altistumista 'tausta-nanohiukkasille' Tämän esityksen ydin teolliset nanohiukkaset
Eyjafjallajokull tulivuoren purkaus Islannissa: valtava määrä nano- ja muita hiukkasia 2009
Metsäpalot ovat merkittävä nano- ja muiden hiukkasten lähde nykyään yhä useammin ihmisen aiheuttamia
Liikenne on kaupungeissa tärkein nano- ja muiden hiukkasten lähde
9/11 WTC Twin Towers New Yorkissa
Ground Zero: valtavat nanohiukkaspäästöt myötävaikuttivat tukehtumiskuolemiin; kuolleiden keuhkoista löytyi paljon nanohiukkasia
Nyt aiheena synteettiset, teolliset nanohiukkaset
Nanoteknologioiden ja nanohiukkasten ominaispiirteet Pieniä, reaktiivisempia, yllättäviä Mahdollistavia Erilaisia Valtavat mahdollisuudet Riskit tuntemattomat tai huonosti tunnetut 1-100 nm
Hiilinanoputket nanomateriaalien kruununjalokivet Yksiseinäinen putki Moniseinäinen putki Yksiseinäisten hiilinanoputkien halkaisija on noin 1 nm, mutta niiden pituus voi olla monituhatkertainen suhteessa halkaisijaan.
NANOTEKNOLOGIOIDEN HAASTEET Nanopartikkeleiden terveysvaikutusten tutkimus vaatimatonta Suomessa (300,000 500,000 /v), muualla Euroopassa, Yhdysvalloissa ja Kiinassa merkittävää EU:ssa tutkitaan (EU 7 puiteohjelma; Horisontti 2020) teollisten nanomateriaalien vaaroja ja niiden ennakoivaa arviointia, altistumista nanomateriaaleille erityisesti työpaikoilla, mutta myös ympäristössä; yhä enemmän tehdään soveltavaa tutkimusta, jossa teollisuushankkeissa on nanoturvallisuusosio EU:n uusi kemikaalilaki (REACH) on haaste nanomateriaaleille; REACH lainsäädännössä ei ole nanomateriaaleja koskevia erityisiä säädöksiä
Mihin nanomateriaaleja käytetään? Markkinoilla on arviolta jo tuhansia "nanotuotteita" Suomessa on n. 800 nanoteknologia-alan yritystä Informaatio ja viestintä Lääketiede Elektroniikka Vesi- ja energiatalous Rakennusteollisuus Metsä- ja metalliteollisuus Kosmetiikka Tekstiilit Elintarvikkeet ym. jne.
Miksi nano on niin suosittua? Nanoteknologialla luodaan parempaa tulevaisuutta Uudet materiaalit Informaatio ja viestintä Lääketiede Puhdasta vettä ja energiaa Nanoelektroniikka Rakennus-, metsä-, metalliteollisuus ym.
Mihin nanomateriaaleja käytetään? Markkinoilla on tuhansia "nanotuotteita" ja Suomessa on yli satoja Yrityksiä, jotka myyvät nanoteknologiaa hyödyntäviä tuotteita Kosmetiikka, urheiluvälineet, asusteet, elektroniikka, korut, keramiikka, laatat tms.
Monia nanoteknologian tuotteita on jo markkinoilla Lääkkeitä Elintarvikkeita Kuluttajatuotteita
Uudet mikrobeja tappavat nanohiukkaset nanohopeaa laajalti Nanohopeinen vaatteiden kuohkeuttaja Nanohopealla käsitelty leikkuulauta Nanohopealla käsitelty allergisten lasten pehmolelu Nanohopealla käsitelty tuttipulloharja Nanohopealla käsitellyt sukat http://www.nanotechproject.org/inventories/ Nanohopealla käsitelty tyyny
Hiilinanoputket ja metallioksidien nanohiukkaset Fulleriini-C60 päivävoide Aurinkovoiteet (TiO2, ZnO) jääkiekko- ja tennismailat (vahvikkeena hiilinanoputket)
NANOTUOTE VOI OLLA SUURI Kööpenhamina Malmö-sillan betonirakenteita vahvistettiin amorfisella kvartsilla (ennen jätettä)
NANOTEKNOLOGIAN HYÖDYT Nanoteknologian taloudelliset ja teknologiset hyödyt ovat valtavat, alan teollisuuden liikevaihdoksi on arvioitu yli 2 biljoonaa vuonna 2020; tällä hetkellä ennustukset ovat osoittautuneet ylioptimistisiksi Etuja materiaalien säästö, uudenlaisten teknologisten ratkaisujen mahdollisuus ja tuotteiden uudet edulliset ominaisuudet, keveät ja lujat materiaalit, joilla erinomainen sähkönjohtokyky, nanoteknologioiden kyky ratkaista haasteita melkein millä teknologian osa-alueella tahansa Ongelmana mahdolliset riskit työntekijöille ja kuluttajille
Elämänlaatu ja nanoteknologian sosiaaliset hyödyt kuinka säädellä etuja ja mahdollisia haittoja, jotka ovat jo täällä? From Andrew Maynard, Chief scientist of the Project on Emerging Nanotechnologies
NANOHIUKKASIIN LIITTYVÄT HUOLENAIHEET Hengitysilman mangaani- ja titaanidioksidi-nanohiukkaset pääsevät aivoihin nenässä olevien hajuhermosäikeiden kautta vaikutukset aivoihin? Nanohiukkaset voivat häiritä veren hyytymistä ja hiusverenkiertoa ja aiheuttaa verisuonten seinämän paksuuntumista ja siten vaikuttaa moniin elimiin
Terveysriskit ovat edelleen suurelta osin vielä tuntemattomia Solu- ja eläinkokeissa joidenkin teollisten nanohiukkasten on osoitettu aiheuttavan: nanomateriaalien kerääntymistä elimistöön keuhkotulehdusta DNA muutoksia vatsaontelon ja keuhkosyöpää
NANOHIUKKASILLE ALTISTUMINEN Yhdysvalloissa nanohiukkasille altistuu noin 1 miljoona työntekijää ja määrä kasvaa; Suomessa > 20,000 työntekijää Nanoteknologiseen teollisuuteen (tuotanto, sovellukset) tarvitaan maailmanlaajuisesti n. 6 miljoonaa työntekijää (arvio) vuoteen 2020 mennessä altistuvien määrä kasvaa nopeasti Kuluttaja-altistuminen nanohiukkasille on todennäköistä esim. aurinkovoiteissa, mutta altistumisen mahdollisia vaikutuksia ei tunneta
SYNTEETTISTEN NANOHIUKKASTEN PÄÄSY ELIMISTÖÖN Nanohiukkaset voivat päästä elimistöön: keuhkot nopea pääsy verenkiertoon keuhkorakkuloiden kautta nenän hajuepiteeli hajuhermon hermopäätteet nenäontelossa voivat ottaa nanohiukkasia ja kuljettaa ne aivojen eri osiin - ja aiheuttaa aivohaittoja? ruoansulatuskanava (merkittävä kuluttajilla, ei työssä) altistuminen vaurioituneen tai sairaan ihon kautta mahdollista ja iho voi sairastua merkitystä)
Mahdolliset altistumisreitit Hengityselimet tulehdus, allergia, kasvaimet Iho paikallinen reaktio läpäisevät ihon kulkeutuminen verenkiertoon? Ruoansulatuskanava limakalvon läpi verenkiertoon?
Nanomateriaaleille altistuminen Työympäristössä pääasiassa hengitysteiden ja ihon kautta altistuminen voi tapahtua useissa tuotannon eri vaiheissa, raaka-aineen käsittelystä lopputuotteen viimeistelyyn nanomateriaalin valmistus ja aineosien käsittely ja prosessointi altistavat todennäköisemmin valmiiden tuotteiden oletetaan yleisesti olevan vähemmän haitallisia
UK Royal Society & Royal Academy of Engineering Report on Nanoscience & nanotechnologies (2004) Altistuminen: lähteet, kohteet, & reitit INJECTION DERM
Nykyinen tapa mitata: Nanohiukkaspitoisuudet nanomateriaalien tuotannossa TiO 2 Cu x O y Mn x O y Nanopartic les
Teollisia nanotitaanidioksihiukkasia: elektronimikroskooppikuva (Esa Vanhala)
HITSAUS HIONTA DIESEL-TRUKIT MEKAANINEN TYÖSTÖ 13.9.2 017 FIOH Anna-Kaisa Viitanen www.ttl.fi 3 7
>10 000 hiukkasta/cm 3 <10 000 hiukkasta/cm 3 ~10 000 100 000 hiukkasta/cm 3 ~10 000 5 000 000 hiukkasta/cm 3 Tavoitetaso teollisesti tuotetuille nanohiukkasille 40 000 hiukkasta/cm 3 Viitanen, A.-K. ym. 2017. Workplace measurements of Ultrafine Particles - a Literature Review. Annals of Work Exposures and Health. 61, 749-758. Teollisesti tuotettujen nanomateriaalien tavoitetasoperustelumuistio. Työterveyslaitos 2013.
NANOHIUKKASET KEUHKOISSA Hiilinanoputket aiheuttavat keuhkotulehdusta ja keuhkojen arpeutumista ja voivat aiheuttaa koeeläimissä vatsaontelon mesotelioomaa, joka yleensä liitetään asbestialtistumiseen
NANOHIUKKASET JA IHO: IHO ON HYVÄ ESTE NANOHIUKKASILLE
NANOHIUKKASET JA AIVOT: NENÄSTÄ JA VERENKIERROSTA AIVOIHIN
1900-luvun asbesti 2000-luvun nanomateriaalit. Alussa molemmilla kuitenkin suuret taloudelliset odotukset, riskien epävarmuus. Asbestin käyttö, tonnia/vuosi 12000 10000 Mesotelioma/vuosi 100 90 80 8000 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 70 60 6000 4000 Asbestin käyttö Mesotelioomat 50 40 30 2000 20 10 0 0 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 Yksittäisiä tutkimuksia Syövät 30 vuoden viiveellä
Nanoteknologioiden versus asbestin erityishaasteet riskien hallinnalle Erilaisia nanoteknologioita on satoja ja teollisia nanomateriaaleja tuhansia Todennäköisesti suuri osa synteettisistä nanohiukkasista on turvallisia tai vain vähän haitallisia ja niiden riskit hallittavissa Osa synteettisistä nanohiukkasista tiedetään haitallisiksi (osa hiilinanoputkista, jotkut metallit ja metallioksidit) Haaste tunnistaa haitalliset varhain ja puuttua niihin ja estää nanoteknologioiden mahdolliset terveysriskit tämä myös TTL:n tavoite Jos työhygienia on huonoa ja jos teollisten nanohiukkasten pitoisuus ilmassa on korkea, voi työntekijäaltistuskin olla huomattavaa
Nanoturvallisuuskeskus 2011 2015: nanoturvallisuustutkimuksen tulevaisuus Jatkossakin pienemmällä volyymilla: - parantaa altistumisen arviointia työpaikoilla - kehittää riskinhallintamenetelmiä - tunnistaa terveydelle haitalliset nanomateriaalit ajoissa - tutkimustiedon vieminen käytäntöön työpaikoilla - koulutus ja tiedon levittäminen työpaikoille, yrityksille, kansalaisille ja viranomaisille
Nanoturvallisuuskeskus TOIMINTA-ALUEET (toteutuvat projekteina) 1. materiaalit 2. altistuminen ja sen mittaaminen 3. immunotoksikologia ja -patologia 4. genotoksikologia 5. riskinarviointi ja -hallinta 6. viestintä, vaikuttavuus ja tulevaisuustutkimus ulkoinen toteuttajaverkosto -kotimainen -kansainvälinen SEURANTARYHMÄ -tiedeyhteisö -kumppanit -asiakkaat TAPA VAIKUTTAA - tieteellinen tieto julkaisut, esitelmät - mediaviestintä - räätälöity koulutus ja neuvonta - työpajat - hyvät käytännöt, malliohjeet
Nanoturvallisuuskeskus toimijana EU tutkimuksessa Usean EU 7FP hankkeen koordinaattori ja kumppani EU-rahoitteisten nanoturvallisuuden tutkimushankkeiden yhteistyön (NanoSafety Cluster) koordinaattori EU:n nanoturvallisuustutkimuksen strategiasta vastaava koordinaattori
Nanoturvallisuuskeskuksen toiminnan kohderyhmät suomalaiset työpaikat ja kansalaiset yritykset kotimaassa ja ulkomailla Suomen ja EU-viranomaiset välittäjäorganisaatiot (työmarkkina-järjestöt Suomessa ja EU:ssa, teollisuusorganisaatiot) koti- ja ulkomainen tiedeyhteisö tiedotusvälineet Suomessa ja ulkomailla
Nanomateriaalien riskinarviointi ja - hallinta 4 8
RYHMITETLY Testausohjel mat Nanomateriaalien ryhmittely yksi tapa nopeuttaa riskinarviointia Pintakemia/- reaktiivisuus Kemiallinen koostumus Muoto Kokoerot ja kokojaukauma Liukoisuus Biologiset vaikutukset www.ttl.fi 4 9
MYRKYLLISYYS- JA TURVALLISUUS- TUTKIMUKSEN TIETOAUKOT NANOHIUKKASTEN TERVEYSRISKIEN ARVIOINNISSA Käyttäjäystävälliset ja halvat laitteet työpaikkaaltistumisen arvioimiseksi, vapautuminen työpaikalla Nanohiukkasten varhaisvaikutukset ja niiden biomarkkerit, perimä, keuhkojen tulehdusreaktiot, hiusverenkierto, helpot luotettavat testausmenetelmät, syöpävaikutukset ja riskinarviointi sekä -hallinta
NANOHIUKKASTEN JA MATERIAALIEN RISKINHALLINNAN HAASTEET Nanohiukkasten riskinhallinnan tulee sisältää: teknologioiden ja vaikutusten arviointi nanoteknologiatuotteiden valmistus kontrolloiduissa olosuhteissa nanoteknologiatuotteiden ja käytön turvallisuuden jatkuva seuranta tuotteiden elinkaaren seuranta (tuottaja) nanoteknologian hyväksyttävyys
Lainsäädäntö ja nanopartikkelit EU:ssa keskustellaan nanoteknologian turvallisuusriskeistä sekä valmistellaan nanoteknologiaan liittyvää lainsäädäntöä ja uutta nanomateriaalien määritelmää osaksi REACH asetusta. Tällä hetkellä nanoteknologian avulla valmistetuille elintarvikkeille ei ole erillistä omaa lainsäädäntöä. Nykyinen uuselintarvikeasetus ja lisäainelaki ottavat huomioon nanopartikkelien käytön elintarvikkeissa. Elintarviketietojen antaminen kuluttajille (EU 1169/2011, artikla 18) Tulee sovellettavaksi joulukuussa 2014, jolloin myös tarkistetun nanomääritelmän tulisi olla käytettävissä. Kaikki valmistettua nanomateriaalia sisältävät ainesosat on ilmoitettava selkeästi ainesosaluettelossa. Tällaisten ainesosien nimen jäljessä on oltava sana nano (suluissa).
Eurooppalaisen nanoturvallisuustutkimuksen ja toiminnan tavoite on edistää Suomalaisen ja muun eurooppalaisen nanotieteen ja nanoturvallisuustutkimuksen parempaa koordinaatiota ja yhteistyötä Vastuullista nanomateriaalien ja nanoteknologioiden hyödyntämistä Suomessa sekä parantaa hyvinvointia ja työllisyyttä Suomessa Nanoteknologia- ja nanoturvallisuusstrategian kehittämistä Suomelle vastuullisen nanoteknologisen toiminnan kehittämiseksi maassamme Nanotieteen ja nanoturvallisuustutkimuksen mahdollistavaa suomalaisen nanoteknologiateollisuuden selviytymistä globaalisti
Eurooppalaisen nanoturvallisuustutkimuksen tavoite on edistää: vaikutuksia ennustavien nopeiden testausmenetelmien ja mallien kehittämistä riskinarvioinnin avuksi huokean ja älykkään testausstrategian kehittäminen riskien arvioimiseksi ja hallitsemiseksi uusien nanomateriaalien ja niihin perustuvien tuotteiden turvallisuuden arvioinnin nopeuttaminen ja tehostaminen
JOHTOPÄÄTÖKSET Nanoteknologioiden vaikutus arkipäivään kasvaa, altistuminen synteettisille nanohiukkasille lisääntyy Turvallisuus- ja terveys tulee osaksi nanoteknologioiden ja -hiukkasten tuotekehittelyä Turvallisiksi suunnitellut teolliset nanohiukkaset jatkossa yhä tärkeämpiä nanoteknologioiden menestykselle Luottamuksen ylläpitäminen ja dialogi keskeisiä nanoteknologioiden menestystekijöitä tulevaisuudessa
Turvallisten nanomateriaalien tuottaminen 1. TIEDON TUOTTAMINEN JA KERÄÄMINEN Tavat kerätä tietoa, jota tarvitaan turvallisten nanomateri aalien tuottamisek si Teollisten nanomateriaalien ominaisuudet ja biologisesti vaikuttavan annoksen määrittely 2. HAITALLISUUTTA ENNUSTAVIEN MALLIEN KÄYTTÖ Nanoinformatiikka, bioinformatiikka, laskennallinen ja ennustava nanotoksikologia 3. SUUNNITTELEMALLA TURVALLINEN TEOLLINEN NANOMATERIAALI Kerätyn tiedon soveltaminen tuotantoprosessiin Kustannus-hyötyanalyysi Haittojen kontrollitoimien suunnittelu 5 6
Tutkimuksen määrä Tietokuilu kasvaa uusien nanomateriaalien myötä Uudet materiaalit Ympäristö-, terveys- ja turvallisuustieto Viranomaisten arvioima teollisten nanomateriaalien ympäristö-, terveysja turvallisuustieto, lainsäädäntö, määräykset Aika
Kiitokset!